我国水环境容量现状研究

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前 沿 

CHINA WATER RES0URCES 201 0.1 

我国水环境容量现状研究 

付意成 ,徐文新’,付敏 

(1.中国水利水电科学研究院,100038,北京;2.山东科技大学地质科学与工程学院,266510,青岛) 

摘要:水环境容量是水体在设计水文务件下承纳污染物的极限值。在对国内外流域水环境容量研究状况进行 

分析,以及对我国不同发展阶段的水环境容量研究成果详述的基础上,借鉴国外在污染物总量控制方面的成功 

举措.从理论与实践层面找出我国在水环境容量研究与实施中存在的问题。结合当前对水环境吝量开展的不同 

层面的研究,提出适宜的改进完善策略.为我国进行水污染物总量控制,为“广义水资源”的高效可持续开发利用 

奠定基础。 

关键词:水环境容量;国内外现状;研究成果;理论实践层面;完善策略 

Research on the water environment capacity status in China//Fu Yicheng,Xu Wenxin,Fu Min 

Abstract:Water enviromnent capacity is the limit of admitting pollutants under the design of hydrological conditions. 

Based Oil the analysis of water environment capacity research situation at home and abroad,and details the water 

environment capacity research of China in different development stages,the successful total amount control of pollutants 

abroad is used for reference to find the problems existing in research and implementation in China from the theoretical and 

practical levels.It suggests an appropriate improvement strategy to settle foundation for pollution total amount control and 

generalized water resources sustainable use,with the consideration of different levels study on water environment capacity. 

Key words:water enviromnent capacity;the status at home and abroad;research production;theoretical and practical 

levels;improving strategy 中图分类号:TV213.4 文献标识码:A 文章编号:1000—1 123(2010)01—0026—06 

随着我国人口的持续增长和社 会经济的快速发展,维持生产、生活 

的用水量不断攀升.在河川径流量日 

趋减少的同时,污水排放量却大幅增 

加,天然水体接纳的污染物负荷增 

大,水环境恶化,水少、水脏已成为制 

约我国经济社会与生态环境和谐发 

展的瓶颈。为加强水资源保护和科学 

管理.我国于2003年开展了全国水 

功能区划工作。水功能区水环境容量 

研究是截污减排、保护水环境的重要 

依据,也是保护水体水质不受破坏的 

基本条件。 

一、水环境容量 

1938年,比利时数学家、生物学 

家弗胡斯特(P.E.Forest)根据马尔萨 斯的《人口论》最早提出环境容量的 

概念。之后,日本卫生工学小组提出 

((1975年环境容量计量化调查研究》 

报告,环境容量的应用逐渐推广,成 

为污染物总量控制的理论基础flj。结 

合实际研究,环境容量指在特定功能 

条件下环境对污染物的承受能力,反 

映了污染物在环境中的迁移转化和 

积存规律。在实践中,环境容量是环 

境目标管理的基本依据,是环境规划 

的主要约束条件,也是污染物总量控 

制的关键技术支持。 

水环境容量作为水生态环境与 

经济社会活动密切相关的度量尺度. 

是一个复杂、含糊的概念,学术界至 

今还未达成共识.学者大多从自己的 

研究侧重点进行阐述,但本质均强 

收稿日期:2009—10一O9 作者简介:付意成(1983一)。男,硕士研究生。主要从事水资源经济管理研究。 基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAB28B02)。 

一26 调:环境水质目标、一定水体(域)、纳 

污能力(最大允许污染物负荷)。 

借鉴《全国水资源保护综合规划 

技术细则》,水环境容量指在水体使 

用功能不受破坏条件下,水体接纳污 

染物的最大数量。通常指在水资源利 

用区域内,按给定的水质目标和设计 

水文条件,水体所能容纳污染物的最 

大量。笔者在参考大量文献资料的基 

础上,认为水环境容量指:特定水体 

在给定的设计水文条件、水功能区目 

标水质、排污口位置及排放方式条件 

下,满足水域某一水质标准的污染物 

在排污口的最大排放量。它可定量说 

明这种水体对该污染物的承载能力。 

水环境容量是水功能区水质目标管 

理的基本依据,是水资源保护规划的 前 沿 

主要约束条件,是实施水污染物总量控 

制的依据,也是水环境管理的基础。 

二、国内外研究状况 

1.国外研究状况 

国际上主要基于不同水体类型 

的水质模型的实际测算,得出不同污 

染物所在水域的水环境容量,准确可 

靠。各国针对本国实际,制定相应的 

法规政策保障基于水环境容量的水 

体污染物总量控制工作的顺利开展, 

实施过程计划性强.分阶段控制目标 明确,前瞻性好,为其他国家水环境 

保护及水污染治理工作的开展奠定 

基础 

(1)水质模型研究 

水环境容量以水质数学模型为 

手段,实现水体纳污量的核算。国外 

学者针对水质模型的开发应用进行 

了诸多研究,并取得了一系列成果。 

1925年Streeter和Phelos首先进 

行了一维水质模型的开发研究,建立 

了DO—BOD水质模型。随着计算机的 

出现和应用,以及对生物化学耗氧过 

程认识的深入,水质模型逐渐将 

BOD、DO、氮等多个线性系统耦合于 

一体,如美国的QUAL—II河流综合水 

质模型。水质模型在美国环保局 

(EPA)的大力开发下,研究区域与模 

拟对象日益完善,如溶解氧垂模型 

(DOSAG—I)、简化河流模型(SSM)、简化 

河口模型fSEM1、河口水质模型 

(ES001)、动态河口模型(DEM1、I一型水 

质模型fQUAL—I)、II一型水质模型 

(QUAL—II)、水质反馈模型(FE— DBAK03)、接纳水体模 ̄(PIURNAL1等 

作为成熟的应用模型.已被广泛应川 

到水质监测的各领域[21。 

随着现代数学计算方法的日益 

计算机化,国际上出现了一批利用计 

算机进行数值模拟计算的水质模型 

通用软件.这些软件被越来越多的学 

者应用到水环境容量的研究中。 

1983年,美国环境保护局的Di. 

toro等开发出了用来建立一维、二维 和三维模型的WASP fWater Quality 

Analysis Simulation Program)软件系统。 

目前.该软件系统已经发展到了第5 

版,在实践中得到, 泛好评。1989年. 

美同的EPA推出了全面考虑河流自 

净机理、用以预测多种污染物在水体 

中衰减变化的QUAL2E一维恒定态 

河流系统的水质模型[31。之后,又开发 

出了具备进行不确定性分析功能的 

QUAL2E—UN—CAS模型。QUAL2E系 

列模型作为不断改进的综合水质模 

型,是稳态、菲稳态、生态模型的集合 

体.在世界范围内都有成功的应用范 

例.比如韩国的Nakdong河、南非的 

Rietspruit河、美国新泽西州 

Matchaponix河的Duhemal湖区和 

Whippany河下游河段、印度的Yamu— 

na河、土耳其的Yesilirmak河、巴西的 

Commbatai河、中国的长江流域等 

(2)各国实践现状 

1)美国 

美国对水环境容量的研究起步 

较早。1972年,美同环保局(EPA)提 

出TMDL(最大日负荷总量1的概念.其 

包括污染点源负荷WLA和非点源负 

荷LA(含背景负荷BL及支流负荷), 

同时还要考虑给不确定因素留出的 

安全余量MOS以及季节性变化的影 

响 美国的水环境容量的研究及实施 

便以TMDL为核心展开。 

TMDL并不是针对所有的污染 

物.一种污染物对应一个相应的 

FMDL:研究过程中对水质或功能受 

损的水体,至少做一个TMDL,一般针 2010.1中国水利 

对导致水体受损的一种或几种污染 

物制定实施TMDL。TMDL的制定应 

该包括污染负荷、安全余量、排放分 

配3个要素。美国TMDL计划的实施 

过程如同1所示 

为进一步巩固以水环境容量为 

基础的TMDL计划实施成果。美国在 

推广TMDL计划的过程中也同时对 

污染物排放进行总量控制.以达到改 

善水质、达到水环境质量标准的目 

的。美国的污染物总量控制实施过程 

如图2所示 

在美国,基于水质的水环境容量 

研究和基于技术的污染物总量控制 

技术的共同实施,首先要求污染源达 

到排放标准,然后判断水质是否达标. 

在此基础上再对未达标区域实行排放 

总量控制,该法可有效降低污染控制 

的费用。尽管2003年EPA评价水域 

中40%的水体不符合水质标准,但从 

单纯采取基于技术的排放总量控制角 

度考虑,美国TMDL计划的实施在控 

制水环境污染方面显示了卓越功效。 ②日本 

2O世纪60年代末.Et本为改善 

水和大气环境质量状况,提出了污染 

物排放总量控制,使日本成为最早提 

出环境容量理论的国家。1973年日本 

的《濑户内海环境保护特别措施法》 

提出了COD的概念,同时提出指定物 

质消减指导方针。1975年日本卫生工 

学小组提交了{1975年环境容量计量 

化调查报告》。此后,日本环境容量的 

应用不断推广。 

l FMDL计I划提出J[二二 l TMDL计划实施 

八 

U ’—————————’。。。。。一————’—’ 。。。。。 ———————————’。。。。一 f 1972年美国EPA『 1... ......一一 —————————’——————————— 。。。。 ‘——————————— —。 一 lTMDL=WLA+LA+MOSI 前期启动阶段i J全面推广阶段 

实施时问:l972一l983年ll实施时间:l984一l996年 启动:l972年《清洁水法》II启动:l984年“总量负荷 立法:1983年TMDI 立法J1分配技术指南” 重点:理论、方法、模型、基l J巩固:1992年制定“总量 准、标准、实倒 l1分配计划的规则” 作用:为全面推行总量控ll重点:借助水质计算软件 制ff-划.钉好理论基础 ¨进行污染物总量控制 Il作用:总量控制过渡 

图1 美国TMDL计划实施过程 

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